import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
import java.util.Stack;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: GaoBo
 * Date: 2021-07-23
 * Time: 11:33
 */
public class TestSort {

    /**
     * 时间复杂度：
     *        最好：O(N) -> 数据是有序的
     *
     *        最坏：O(N^2) -> 无序的数据
     *
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定排序
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for(int i = 1;i < array.length;i++) {//n-1
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for(; j >= 0;j--) {//n-1
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else{
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     *
     * @param array 排序的数组
     * @param gap   每组的间隔  -》 组数
     */
    public static void shell(int[] array,int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：不好算  n^1.3 - n^1.5 之间
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     *      技巧：如果在比较的过程当中 没有发生跳跃式的交换 那么就是稳定的
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        //处理gap
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap  = gap / 3 + 1;//+1 保证最后一个序列是 1  除几都行
            // gap /= 2;
            shell(array,gap);
        }
    }

    /*public static void shellSort(int[] array) {
       int[] drr = {5,3};
        for (int i = 0; i < drr.length; i++) {
            shell(array,drr[i]);
        }
    }*/

    /**
     * 时间复杂度：
     *      最好：O(N^2)
     *      最坏：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if(array[j] < array[i]) {
                    int tmp = array[i];
                    array[i] = array[j];
                    array[j] = tmp;
                }
            }
        }
    }

    public static void siftDown(int[] array,int root,int len) {
        int parent = root;
        int child = 2*parent+1;
        while (child < len) {
            if(child+1 < len && array[child] < array[child+1]) {
                child++;
            }
            //child的下标就是左右孩子的最大值下标
            if(array[child] > array[parent]) {
                int tmp = array[child];
                array[child] = array[parent];
                array[parent] = tmp;
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    public static void createHeap(int[] array) {
        //从小到大排序 -》 大根堆
        for (int i = (array.length-1 - 1) / 2;  i >= 0 ; i--) {
            siftDown(array,i,array.length);
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：O(N*logN)  都是这个时间复杂度
     * 复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);//O(n)
        int end = array.length-1;
        while (end > 0) {//O(N*logN)
            int tmp = array[end];
            array[end] = array[0];
            array[0] = tmp;
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：
     *         最好最坏都是O(n^2)  但是：如果优化了 ，有序的时候就是O(n)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     *      冒泡  直接插入
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        // boolean flg = false;
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg = false;//为什么每一趟都要置为false
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]) {
                    int tmp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = tmp;
                    flg = true;
                }
            }
            if(flg == false) {
                break;
            }
        }
    }


    public static int partition(int[] array,int low,int high) {
        int tmp = array[low];
        while (low < high) {
            while (low < high && array[high] >= tmp) {
                high--;
            }
            array[low] = array[high];
            while (low < high && array[low] <= tmp) {
                low++;
            }
            array[high] = array[low];
        }
        array[low] = tmp;
        return low;
    }
    public static void swap(int[] array,int i,int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }
    public static void selectPivotMedianOfThree(int[] array,int start,int end,int mid) {
        //array[mid] <= array[start] <= array[end]
        if(array[mid] > array[start]) {
            swap(array,start,mid);
        }// array[mid] <= array[start]
        if(array[start] > array[end]) {
            swap(array,start,end);
        }// array[start] <= array[end]
        if(array[mid] > array[end]) {
            swap(array,start,end);
        }// array[mid] <= array[end]
    }

    public static void insertSort2(int[] array,int start,int end) {
        for(int i = start+1;i <= end;i++) {//n-1
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for(; j >= start;j--) {//n-1
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }
    public static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start >= end) {
            return;
        }
        //判断两个下标之间的数据个数
        if(end-start+1 <= 100) {
            insertSort2(array,start,end);
            return;//这里一定要return
        }
        int mid = (start+end)/2;
        selectPivotMedianOfThree(array,start,end,mid);
        int pivot = partition(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }

    /**
     * 时间复杂度：
     *         最好：O(n*logn)  均匀的分割下
     *         最坏：o(n^2)     数据有序的时候
     * 空间复杂度：
     *        最好：logn
     *        最坏：O(n)
     * 稳定性：不稳定的排序
     *
     * k*n*logn
     * 2
     * 1.2
     * @param array
     */
    public static void quickSort1(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int start = 0;
        int end = array.length-1;
        int pivot = partition(array,start,end);
        //左边有2个元素及以上
        if(pivot > start+1) {
            stack.push(0);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot < end-1) {
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(end);
        }
        while (!stack.empty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partition(array,start,end);
            //左边有2个元素及以上
            if(pivot > start+1) {
                stack.push(0);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot < end-1) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }

    public static void merge(int[] array,int low,int mid,int high) {
        int s1 = low;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = high;

        int[] tmp = new int[high-low+1];
        int k = 0;//代表tmp数组的下标

        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
                //k++;
                //s1++;
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }

        //有2种情况
        while (s1 <= e1){
            //说明第2个归并段没有了数据 把第1个归并段剩下的数据 全部拷贝过来
            tmp[k++] = array[s1++];
        }

        while (s2 <= e2) {
            //说明第1个归并段没有了数据 把第2个归并段剩下的数据 全部拷贝过来
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        //tmp数组当中 存储的就是当前归并好的数据

        //这样的代码是错误的
        /*for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = tmp[i];
        }*/
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i+low] = tmp[i];
        }
    }

    public static void mergeSortInternal(int[] array,int low,int high) {
        if(low >= high) {
            return;
        }
        int mid = (low+high) / 2;
        mergeSortInternal(array,low,mid);
        mergeSortInternal(array,mid+1,high);
        //合并的过程
        merge(array,low,mid,high);
    }

    /**
     * 时间复杂度： O(N*log n)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定的
     * @param array
     */
    public static void mergeSort1(int[] array) {
        mergeSortInternal(array, 0,array.length-1);
    }

    /**
     * 非递归实现 归并排序
     * @param array
     * @param gap
     */
    public static void merge2(int[] array,int gap) {
        int[] tmp = new int[array.length];
        int k = 0;

        int s1 = 0;
        int e1 = s1+gap-1;
        int s2 = e1+1;
        //int e2 = s2+gap-1 >= array.length ? array.length-1 : s2+gap-1;
        int e2 = s2+gap-1 < array.length ?  s2+gap-1 : array.length-1;

        //保证有两个归并段
        while (s2 < array.length) {
            while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
                if(array[s1] <= array[s2]) {
                    tmp[k++] = array[s1++];
                }else {
                    tmp[k++] = array[s2++];
                }
            }
            while (s1 <= e1) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }
            while (s2 <= e2) {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
            //一组完了 确定新的区间的开始和结束
            s1 = e2+1;
            e1 = s1+gap-1;
            s2 = e1+1;
            e2 = s2+gap-1 < array.length ?  s2+gap-1 : array.length-1;
        }
        //e2 > array.length
        while (s1 <= array.length-1) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }

        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i] = tmp[i];
        }
    }

    public static void mergeSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i*=2) {
            merge2(array,i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {12,5,9,34,6,8,33,56,89,0,7,4,22,55,77};

        /*int[] array = new int[10_0000];
        Random random = new Random();

        for(int i = 0;i < array.length;i++) {
            array[i] = i;
            //array[i] = random.nextInt(10_0000);
        }*/

        long start = System.currentTimeMillis();
        mergeSort(array);
        long end = System.currentTimeMillis();
        //System.out.println(end-start);
        System.out.println(Arrays.toString(array));

    }
}
